湿法配方乳粉中多不饱和脂肪酸微胶囊化研究 [PDF全文]
1,1,1,2,3,1
(1.秋霞影院 生物与化学工程学院,杭州 310023; 2.萧山区质量计量监测中心,杭州 311202; 3.杭州贝因美研究院有限公司,杭州 310053)

多不饱和脂肪酸一般具有异味,应用到乳粉中需要实施微胶囊化,故探索利用大豆分离蛋白进行油脂的微胶囊制备。通过测定不同温度下制得的大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性、乳化稳定性及疏水性来研究大豆分离蛋白在油脂微胶囊化前后的结构变化,采用红外光谱法对大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的红外光谱图进行表征。结果 表明,随着时间的增长,大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性和乳化稳定性降低,疏水性随着温度的增加呈变强的趋势; 由不同温度下制得的油脂微胶囊产品表面油含量、总油含量和包埋率等可知,当包埋温度为50 ℃时,微胶囊的油脂包埋率最高,达97.72%。研究结果可为开发具有辅助记忆功能的配方乳粉提供参考。

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Study on microencapsulation of polyunsaturated fatty acids in wet formula milk powder
ZHONG Ruonan1, HUANG Xiying1, XIAO Shujun1,SHEN Shaolin2, HUA Jiacai3, XIAO Gongnian1
(1.School of Biological and Chemical Engineering, Zhejiang University of Science and Technology,Hangzhou 310023, Zhejiang, China; 2.Xiaoshan Institute of Measurement for Quality and Technique Supervision, Hangzhou 311202, Zhejiang, China; 3.Beingmate Food

Unsaturated fatty acids generally have peculiar smell, which entails the application of microencapsulation in the milk powder products. Therefore, this paper explored the preparation of microencapsulation of the soy protein isolate for mixed oils and fats. By measuring the emulsification activity, emulsion stability and hydrophobicity of the soy protein isolate-maltodextrin complex prepared at different temperatures, the structure of the soy protein isolate before and after microencapsulation of the oil was characterized. The results show that the emulsification activity and emulsion stability of the soy protein isolate-maltodextrin complex decrease with passage of time, and the hydrophobicity becomes stronger with the increase of temperature. As is shown from the oil content, total oil content and embedding rate of the microcapsules prepared at different temperatures, when the embedding temperature being 50 ℃, the microcapsules have the highest fat embedding rate, up to 97.72%. The results would help the development of formula milk powder to assist the memory function of the agea people.

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引言

老年人的体质下降,咀嚼能力弱,消化器官的功能衰退,需要营养丰富、易于消化的食品,乳粉无疑成了他们补充营养、保持健康的优良选择。尽管如此,目前市场上适宜老年人选用的特定营养成分补充的特殊功能配方乳粉产品种类尚不丰富,尤其是具有辅助记忆功能的产品更少。多不饱和脂肪酸二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)和花生四烯酸(arachidonic acid,AA)是人体必需脂肪酸,分别为ω-6脂肪酸和ω-3脂肪酸,是公认的健脑营养物质,对中枢神经系统的发育特别重要[1-2],两者的比例协调有助于脑记忆功能,然而这两种不饱和脂肪酸在人体内不能合成或合成量满足不了机体的需要,因此需要从其他物质中提取。无论是鱼油DHA,还是藻油DHA均具有异味,这严重制约其在配方乳粉中的应用,而关于混合油脂应用于配方乳粉的研究还较少。

微胶囊技术是一种将固体、液体或气体用天然或合成的高分子材料经过包囊而形成微型胶囊的技术[3-4]。其中壁材的选择是微胶囊技术一个重要组成部分[5],理想的微胶囊化壁材应具备乳化性好、成膜性强、干燥性能强、黏度低和成本低廉等特点[6]。蛋白质与碳水化合物是较常用的壁材,这两者的相互作用影响着微胶囊质量[7]。因此,本研究采用大豆分离蛋白和麦芽糊精作为壁材对混合油脂进行微胶囊化,分析大豆分离蛋白结构对油脂微胶囊化的影响,消除混合油脂的异味,为开发具有辅助记忆功能的配方乳粉提供参考。

1 材料与方法1.1 材 料

混合油脂,武汉嘉必优生物技术股份有限公司,食品级; 大豆分离蛋白,上海青析化工科技有限公司,食品级; 麦芽糊精,江苏先卓食品科技有限公司,分析纯; 大豆卵磷脂,北京天天益康生物科技有限公司,分析纯。

1.2 仪器与设备

Nicolet Nexus FT-IR傅立叶红外光谱仪,美国Nicolet公司; 高压均质机,上海东华高压均质机厂; ER-1500实验型喷雾干燥机,上海易研实验设备有限公司; HWS-12电热恒温水浴锅,上海齐欣科学仪器有限公司; F-4500荧光分光光度计,日本HITACHI公司; UV-5200PC紫外分光光度计,上海美普达仪器有限公司; BS124S电子天平,赛多利斯公司; 酶标仪,美谷分子仪器(上海)有限公司; 实验室高速分散机,德国VMA-GETZMANN GMBH公司。

1.3 试验方法1.3.1 不同温度下大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的制备

将大豆分离蛋白和麦芽糊精溶解在25、37、50、60、70、80、90 ℃的水中,在恒温水浴下用机械搅拌机在400 r/min的转速下搅拌30 min。将制得的样液在2 000 r/min的转速下分散10 min,得到乳状液,然后在80 MPa的压力下均质3次,最后进行喷雾干燥,得到大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的粉末。

1.3.2 蛋白质标准曲线绘制

参照蛋白浓度测定试剂盒(BCA protein assay kit)法测定蛋白质量浓度,利用酶标仪在562 nm检测蛋白吸光度值,绘制标准曲线。

1.3.3 不同温度下大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物疏水性的研究

采用荧光探针法[8]检测大豆分离蛋白的表面疏水性。取不同温度加热处理后的质量浓度为0.1~0.5 mg/mL的大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物溶液与20 μL 8-苯胺萘磺-1-酸盐(ANS)溶液混合,设定激发波长为350 nm,狭缝为5.0 nm,发射波长为370~620 nm,扫描速度为1 200 nm/min,测定混合液的荧光强度,表面疏水性指数(IHO)用荧光强度-蛋白质质量浓度曲线的斜率来表示。

1.3.4 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物乳化性的研究

称取大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物5 g溶于300 mL的去离子水中,缓慢加入10 mL大豆油,在2 000 r/min的转速下用高速分散机分散2 min,制成乳状液,立即用移液枪从乳状液底部吸取乳浊液50 μL与质量分数为0.1%的十二烷基磺酸钠(SDS)溶液25 mL混合。充分摇匀后,在500 nm的波长处测定该稀释液的吸光度值A0。吸光度值与乳化液液滴的界面面积成正比。因此,A0越大,则大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性就越高。

以时间间隔0、10、20、30、40 min从乳状液底部用移液枪吸取50 μL样品,迅速与25 mL质量分数为0.1%的十二烷基磺酸钠(SDS)溶液混合,然后在500 nm波长处用紫外分光光度计读取其吸光度值At。乳化稳定性(emulsification stability,ES)的计算公式如下:

Se,t=At/A0。(1)

式(1)中:A0为初始吸光度值; At为t min后的吸光度值。

1.3.5 不同温度下微胶囊产品的制备

表1 混合油脂微胶囊配方<br/>Table 1 Formula of mixed fat microcapsule

表1 混合油脂微胶囊配方
Table 1 Formula of mixed fat microcapsule

将大豆分离蛋白和麦芽糊精作为微胶囊的壁材进行复配,根据表1准确称取所需材料,将大豆分离蛋白、麦芽糊精和阿拉伯胶溶于30、40、50、60、70、80 ℃的水中,搅拌30 min后,加入含大豆卵磷脂的混合油脂恒温搅拌50 min,高速分散10 min,并经过3次高压均质之后得到稳定的乳状液,喷雾干燥得到最终的混合油脂微胶囊化产品。

1.3.6 傅里叶红外光谱分析

使用傅里叶红外光谱仪,采用溴化钾(KBr)压片的方法进行制样,记录油样、大豆分离蛋白-麦芽糊精共价复合物、油脂微胶囊产品的红外光谱图。通过分析红外光谱图来研究大豆分离蛋白的结构在油脂微胶囊化前后的变化。

1.3.7 不同温度下制得的微胶囊产品油脂包埋率的测定

将得到的表面油含量和总油含量进行处理得到微胶囊的包埋率,包埋率越高,微胶囊的包埋效果越好。包埋率的计算公式如下:

Re=1-(Cs/Ct)*100%。(2)

式(2)中:Re为包埋率; Cs为表面油含量; Ct为总油含量。

表面油含量是评价微胶囊粉末油品质量的重要指标之一,其测定分为直接和间接测定两种方法,本研究参照文献[9]直接测定法。总油含量的测定也参照文献[9]的测定方法。

2 结果与分析2.1 不同温度下大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物疏水性的分析

图1 蛋白质标准曲线<br/>Fig.1 Standard curve of protein

图1 蛋白质标准曲线
Fig.1 Standard curve of protein

蛋白质标准曲线如图1所示。由图1可知,吸光度值随着蛋白质含量的增加而增加,呈线性关系,通过此标准曲线和样品测得的吸光度值就可以得到其中大豆分离蛋白的质量浓度。通过分析不同温度下大豆分离蛋白质量浓度与吸光度值的关系可得到温度与大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物疏水性之间的关系。

在天然的蛋白质中,疏水作用对蛋白质的稳定性、构象及蛋白质功能等方面都有十分重要的意义。从表2可以看出,随着温度的升高,大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的表面疏水性呈上升的趋势,特别是在70 ℃之后,急剧上升后又趋平稳。这是由于随着温度的升高,维持蛋白质空间结构的作用力逐渐减弱,氢键、范德华力等分子间的作用力遭到破坏,从而引起复合物的疏水区域分布的改变,导致复合物的疏水性急剧上升。良好的乳化活性和乳化稳定性一般都要求蛋白分子具有一定的疏水性,这可以使蛋白分子在乳化过程中快速移动到油水界面,在界面中展开,形成乳化颗粒[6]

表2 不同温度下大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的疏水性<br/>Table 2 Hydrophobicity of soy protein isolate-maltodextrin complex at different temperatures

表2 不同温度下大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的疏水性
Table 2 Hydrophobicity of soy protein isolate-maltodextrin complex at different temperatures

2.2 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物乳化性的分析

蛋白质的乳化性包括乳化活性和乳化稳定性,用以描述蛋白质、水与油形成稳定乳化液的作用[10-12]。从图2~3可以看出,大豆分离蛋白和麦芽糊精形成的复合物的乳化活性和乳化稳定性均随时间的增加而呈下降趋势,40 min后复合物的乳化活性降到0.012 2,乳化稳定性也降到34.28%。复合物的乳化活性和乳化稳定性的降低,容易导致乳状液中的油相上浮而水相下沉,产生油水分离,从而影响之后微胶囊油脂包埋的效果。

图2 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性<br/>Fig.2 Emulsification activity of soy protein isolate -maltodextrin complex

图2 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性
Fig.2 Emulsification activity of soy protein isolate -maltodextrin complex

图3 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化稳定性<br/>Fig.3 Emulsification stability of soy protein isolate -maltodextrin complex

图3 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化稳定性
Fig.3 Emulsification stability of soy protein isolate -maltodextrin complex

2.3 傅里叶红外光谱图分析

蛋白质的二级结构指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式[13],其折叠方式可以利用傅里叶红外光谱解析,傅里叶变换红外光谱具有所需样品少、操作简便、测量速度快等优点[14-15]

图4为大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的红外光谱图,其中,3 413.24 cm-1处的吸收峰为大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物中的N—H键伸缩振动,1 741.92 cm-1处的吸收峰是酰胺Ⅰ带中的CONH中的C=O的伸缩振动吸收,1 408.23 cm-1处的吸收峰是C—N键的伸缩振动,1 153.65 cm-1处的吸收峰是酰胺Ⅲ带C—N、N—H的无规则缠绕。

图4 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物红外光谱图<br/>Fig.4 Infrared spectrum of soy protein isolate -maltodextrin complex

图4 大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物红外光谱图
Fig.4 Infrared spectrum of soy protein isolate -maltodextrin complex

图5为试验所用混合油脂油样的红外光谱图,其中,3 010.30 cm-1处的吸收峰为烯烃不饱和碳原子上的C—H的伸缩振动,2 926.37 cm-1处的吸收峰是C—H的非对称伸缩振动,2 854.93 cm-1处的吸收峰为C—H的对称伸缩振动,1 742.75 cm-1处的吸收峰为酯基中C=O的伸缩振动,1 652.82 cm-1处的吸收峰为C=C键的伸缩振动,1 462.41 cm-1处的吸收峰为C—H的剪式振动,1 374.18 cm-1处的吸收峰为C—H的对称变角振动,1 240.40 cm-1处的吸收峰为C—H键的面外弯曲振动,1 166.63 cm-1处的吸收峰为酯基中C—O的伸缩振动,723.24 cm-1处的吸收峰为C—H键的平面摇摆振动。

图5 油样红外光谱图<br/>Fig.5 Infrared spectrum of oil sample

图5 油样红外光谱图
Fig.5 Infrared spectrum of oil sample

图6为油脂微胶囊化得到产品的红外光谱图,对比油样的红外光谱图和大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的红外光谱图发现,3 009.72 cm-1处烯烃不饱和碳原子上的C—H的伸缩振动,2 926.30 cm-1处的C—H的非对称伸缩振动,2 855.21 cm-1处的C—H的对称伸缩振动,以及1 743.45 cm-1处的酯基中C=O的伸缩振动的吸收峰强度均有所减小,这是混合油脂经喷雾干燥后被包埋所致的结果。

图6 油脂微胶囊产品红外光谱图<br/>Fig.6 Infrared spectrum of oil microcapsule products

图6 油脂微胶囊产品红外光谱图
Fig.6 Infrared spectrum of oil microcapsule products

2.4 不同温度油脂微胶囊包埋率分析

图7 不同温度的油脂微胶囊包埋率<br/>Fig.7 Embedding rate of oil microcapsule at different temperatures

图7 不同温度的油脂微胶囊包埋率
Fig.7 Embedding rate of oil microcapsule at different temperatures

图7可以看出,温度在30~50 ℃时,包埋率随温度的升高而升高,但温度在50~80 ℃时,包埋率随温度的升高反而降低。在温度为50 ℃时,油脂微胶囊产品的包埋率最高,为97.72%。这表明以大豆分离蛋白和麦芽糊精作为壁材进行微胶囊化对混合油脂的包埋,最佳温度是50 ℃。

3 结 语

通过对大豆分离蛋白和麦芽糊精复合物特性研究,以大豆分离蛋白和麦芽糊精作为壁材进行油脂微胶囊可以有效抑制混合油脂的异味。大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的乳化活性和乳化稳定性随着时间的增长而减弱,而随着温度的升高,大豆分离蛋白-麦芽糊精复合物的疏水性呈上升趋势,但温度高于70 ℃会引起复合物的结构变化,分子间的作用力遭到破坏,因此温度控制在30~50 ℃为宜。通过分析温度对油脂微胶囊产品包埋率的影响可知,包埋效果最佳温度为50 ℃。

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